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第一篇 按规则设计1

第一章 弹塑性力学及板壳理论基础1

第一节 弹性力学基础1

一、线弹性力学基本方程2

二、弹性力学解题方法简述13

三、弹性力学的解法举例17

第二节 塑性力学概述30

一、金属材料的应力-应变曲线30

二、应力-应变曲线的简化模型32

三、屈服条件34

四、加载定理与卸载定理36

第三节 平板理论37

一、基本假设37

二、受轴对称载荷作用的圆板弯曲微分方程38

三、受均布载荷作用的圆板43

四、圆板受均布载荷作用时的应用分布45

五、中央受集中力作用的圆板46

六、受轴对称载荷作用的环板计算公式48

第四节 壳体理论50

一、概述50

二、回转薄壳的无力矩理论51

三、圆柱壳的有力矩理论61

第二章 压力容器设计中的一般问题80

第一节 压力容器设计概述80

一、压力容器的分类80

二、压力容器的失效准则及破坏方式80

三、压力容器设计概述84

第二节 压力容器设计中有关的几个参量86

一、设计压力、设计温度和试验压力86

二、壁厚附加量88

三、最小壁厚88

四、许用应力和安全系数89

五、焊缝系数90

六、压力试验91

第三节 压力容器用钢材选择91

一、压力容器用钢的基本要求91

二、压力容器用钢的特殊要求93

第三章 筒体和封头设计94

第一节 内压筒体设计94

一、在内压作用下的中低压筒体设计94

二、在内压作用下的高压筒体设计94

第二节 内压封头设计115

一、半球形封头115

二、碟形封头116

三、椭圆形封头116

四、锥形封头117

五、无折边球形封头120

六、平封头121

七、带法兰的无折边球形封头122

第三节 外压筒体和封头设计125

一、外压容器和封头的失效方式125

二、薄壁壳体的稳定性计算126

三、外压筒体的设计计算129

四、外压封头的设计137

五、加强圈设计138

第四节 非圆形截面容器设计142

一、设计原理与基本公式142

二、减弱系数E的计算145

三、设计准则146

四、算例147

第四章 法兰设计与开孔补强149

第一节 法兰设计149

一、引言149

二、法兰的密封设计149

三、法兰的强度设计154

四、外压法兰设计167

第二节 开孔与补强168

一、开孔应力集中168

二、应力集中系数和计算170

三、开孔补强的设计173

第五章 卧式容器和立式高容器设计186

第一节 概述186

第二节 卧式容器和鞍座设计186

一、受载分析187

二、应力计算和强度校核191

第三节 塔体和裙座的强度计算211

一、塔体和裙座的受载分析211

二、自振周期及振型简介212

三、塔器所承受的各项载荷计算214

四、塔体壁厚校核220

五、裙座设计和强度校核223

六、其它有关问题227

第六章 列管式换热器设计229

第一节 管板计算概述229

一、管板和圆平板的主要区别229

二、影响管板强度和刚度和主要因素230

三、以米勒法为基础的管板计算方法的主要假设230

第二节 以米勒法为基础的管板计算230

一、固定管板式(包括带膨胀节的固定管板式)换热器的管板、管束和壳体的应力计算230

二、浮头式换热器管板、管束的应力计算245

三、U形管式换热器管板的应力计算246

第三节 TEMA标准的管板计算原理249

一、管板计算公式249

二、固定管板式换热器管板计算的理论分析250

三、TEMA标准的固定管板式换热器管板有效设计静压力的求取252

四、壳体轴向应力和管子轴向应力和求取260

第四节 我国管板设计规定简介261

第五节 U形膨胀节的强度校核263

一、要否设置膨胀节的判断263

二、膨胀节的强度校核264

三、膨胀节轴向伸缩量的求取268

第七章 高压密封设计269

第一节 高压密封的设计计算269

一、平垫密封269

二、双锥密封270

三、伍德(Uhde)式密封274

四、卡扎里(Casale)密封275

五、楔形密封277

六、C形环密封278

第二节 筒体端部的强度计算279

一、平垫密封的筒体端部280

二、伍德式密封的筒体端部281

三、卡扎里密封的筒体端部284

四、C形环密封的筒体端部286

第三节 高压平盖的强度校核287

一、巴赫法287

二、ASME应力法289

第八章 局部应力的计算290

第一节 圆柱壳上局部载荷引起的应力290

一、圆柱壳的一般方程290

二、皮拉特对唐奈尔方程的修正和一般解法293

第二节 圆柱壳局部应力的计算295

一、BS 5500的计算方法295

二、焊接研究协会(WRC)的计算方法299

第三节 球形容器或封头上接管局部载荷的弹性应力计算307

一、最大应力的计算307

二、联合载荷下的应力308

第二篇 按分析设计311

第九章 应力分析设计311

第一节 应力分析设计规范的由来311

第二节 按分析设计规范的主要特点316

第三节 按规则设计和按分析设计在应力限制条件上的主要区别321

第四节 应力分类329

第五节 对应力强度限制条件的分析336

第六节 对Pb及Pm(PL)+Pb应力强度限制于1.5〔σ〕的理论分析--极限载荷设计339

第七节 对Pm(PL)+Pb+Q应力强度限制于3〔σ〕的分析--安定性概念344

第八节 按分析设计规范的选用345

第九节 某些边缘问题的求解举例348

一、圆柱壳体与非绝对刚性平板相连接的求解简述348

二、相同直径和材料、但壁厚不同的筒体相连接时的解法简述349

三、由不同材料所构成直径和壁厚相同的筒体(或接管)，当运行温度高于焊接装配时的环境温度时的解法简述350

四、筒体和不同材料接管相连接时的解法简述351

五、筒体和不同材料的接管相连接，接管焊口远离筒身处时的解法简述353

六、筒体和不同厚度的球形封头相连接时的解法简述353

七、沿筒体轴线方向存在温度梯度时的不连续应力计算355

八、筒体和圆环连接，在外力矩Mt(=？)作用而无内压时解法简述355

九、筒体上放置强环，加强环之间的距离大于5？，即两个不连续连接不产生耦合时解法简述356

第十章 压力容器的低循环疲劳设计基础358

第一节 疲劳问题发展的回顾358

第二节 金属在交变载荷下的行为和疲劳裂纹的起因359

一、软钢在宏观弹性范围内的拉压循环试验--包辛锷效应360

二、无缺陷试件的疲劳裂纹起因363

三、高应力(应变)低循环的疲劳裂纹起因365

第三节 金属材料的循环硬化和循环软化366

第四节 变形型失效368

一、热应力棘齿作用的机理分析368

二、三杆模型的热应力棘齿作用及其限制条件370

三、筒体在稳定内压及内外壁循环温差作用下的热应力棘齿作用及其限制条件374

四、ASME规范Ⅶ-2对筒体中热应力棘齿作用的限制376

第五节 疲劳机理简述377

第六节 疲劳曲线380

一、交变载荷下的应力-时间曲线380

二、高循环疲劳曲线381

三、低循环疲劳曲线383

第七节 影响低循环疲劳性能的因素387

一、载荷类型的影响388

二、尺寸效应和应力梯度的影响388

三、表面粗糙度和表面情况的影响388

四、应力集中系数和疲劳强度减弱系数391

五、平均应力的影响396

六、疲劳过程中的积累损伤406

七、影响低循环疲劳性能的其它因素408

第八节 低循环疲劳塑性分析中泊松系数的修正409

第十一章 疲劳设计规范介绍412

第一节 要否进行疲劳设计的判断412

一、ASME规范的判断条件A414

二、ASME规范的判断条件B417

三、BS5500的判断条件以及我国正在制订中的规范的考虑420

第二节 疲劳设计规范的主要内容及其制订依据420

一、容器设计的Sa-Nf曲线420

二、螺栓设计的Sa-Nf曲线423

三、应力集中系数和疲劳强度减弱系数424

第三节 应力分析设计和疲劳设计的主要步骤436

第四节 法兰联接螺栓的载荷计算437

一、预加载荷和联接刚度对螺栓载荷的影响437

二、降低螺栓疲劳失效的措施440

第五节 应力分析设计和疲劳分析设计举例443

第十二章 疲劳设计中的其它问题450

第一节 疲劳和蠕变的交互作用450

一、引言450

二、金属材料在疲劳和蠕变共同作用时的行为特征450

三、疲劳寿命的预测454

第二节 疲劳裂纹扩展与断裂461

一、断裂力学的基本概念461

二、线弹性断裂力学简介463

三、线弹性断裂力学应用的局限性465

四、线弹性断裂力学的塑性区及其修正466

五、当为非无限大平板的穿透性或非穿透性裂纹时，应力场强度因子KI的表达式468

六、弹塑性断裂力学简单介绍471

七、断裂力学在疲劳裂纹扩展中的应用473

第三节 安全寿命设计与破损安全设计的关系480

一、两种设计准则的理论基础和适用范围480

二、两种设计准则之间的某些关系482

三、安全寿命设计和破损安全设计的选用483

参考文献485